弹簧阻尼系统动力学模型ams仿真修订稿
汽车空气悬架弹簧支架的动力学仿真与有限元分析一体化疲劳寿命计算
汽车空气悬架弹簧支架的动力学仿真与有限元分析一体化疲劳寿命计算赵 韩1 钱德猛1 魏 映2,31.合肥工业大学,合肥,2300092.空军第一航空学院,信阳,4640003.东南大学,南京,210096 摘要:简述了弹簧支架在汽车整个空气悬架系统中的作用,针对某种型号客车的空气悬架,应用多体动力学软件ADAMS 构建了悬架的虚拟样机,进行了动力学仿真分析。
应用ANS YS 软件对弹簧支架进行了分析,计算了弹簧支架的应力、变形特性和疲劳寿命。
关键词:弹簧支架;虚拟样机;动力学仿真;有限元分析;疲劳寿命中图分类号:U463 文章编号:1004-132Ⅹ(2005)13-1210-04Analysis to B end F atigue Life for Spring B rackets of Air SuspensionB ased on Virtual Prototype T echnology and Finite Element MethodZhao Han 1 Qian Demeng 1 Wei Y ing 2,31.HeFei University of Technology ,HeFei ,2300092.The First Aviation Instit ute of t he Air Force ,Xinyang ,4640003.Sout heast U niversity ,NanJing ,210096Abstract :The paper briefly specified what role t he sp ring bracket played as a part of air suspen 2sion system.Firstly ,t he virt ual prototype of air suspension of some kind of passengers automobile was established using ADAMS and t he dynamic simulation was carried out.Then t he interested part was picked up and t he finite element analysis was completed using t he software ANS YS.The st ress ,distortion characteristics and fatique life of t he sp ring bracket are obtained.K ey w ords :sp ring bracket ;virt ual p rototype ;dynamic simulation ;finite element analysis ;fatigue life收稿日期:2004-06-240 引言随着汽车技术的发展和人们生活水平的提高,人们对汽车的舒适性要求越来越高。
实验三 弹簧阻尼器机构的动力学模拟
实验三 弹簧阻尼器机构的动力学模拟一、实验目的1．掌握多体动力学分析软件ADAMS 中实体建模方法；2．掌握ADAMS 中施加约束和驱动的方法；3．计算出弹簧阻尼机构运动时，弹簧振子的位移、速度、加速度和弹簧位移与弹簧力的对应关系。
二、实验设备和工具1．ADAMS 软件；2．CAD/CAM 机房。
三、实验原理按照弹簧阻尼器机构的实际工况，在软件中建立相应的几何、约束及驱动模型，即按照弹簧阻尼器机构的实际尺寸，建立弹簧、阻尼器和质量块的几何实体模型；质量块的运动为上下作自由衰减运动，可以理论简化为在质量块与大地之间建立平动副，弹簧、阻尼器共同连接到连接大地和质量块上；然后利用计算机进行动力学模拟，从而可以求得质量块在弹簧阻尼器连接下任何时间、任何位置所对应的位移、速度加速度，以及弹簧中位移和弹性恢复力之间的对应关系等一系列参数，变换弹簧、阻尼器和质量块的参数可以进行多次不同状态下的模拟。
四、实验步骤1．问题描述 图3-1为弹簧阻尼器机构简图，M 为振子，质量为187.224kg ；弹簧刚度K ＝5N/mm ，阻尼器阻尼为C ＝0.05N/mm ，弹簧空载长度为400mm ，求当弹簧阻尼机构振动时，铰接点A 处的支撑力。
2. 启动ADAMSM ：187.224KgK ：5.0N/mmC ：0.05N-sec/mmL0：400mmF0：0图3-1 弹簧阻尼器机构示意图2.1 运行ADAMS2005，在欢迎界面中，选择Create a new model, Model name 输入spring_mass；2.2 确认Gravity（重力）文本框中是Earth Normal(-Global Y)，Units (单位)文本框中是MMKS(mm,kg,N,s,deg)。
3. 建立几何模型3.1单击F4显示坐标窗口；3.2在主工具箱中选择Box 工具按钮建立一质量块，用默认尺寸即可；3.3 在屏幕任意位置点击鼠标创建质量块；3.4 右键点击质量块，选择part_2，然后选择Rename，更名为mass；3.5 右键点击质量块，选择mass，然后选择Modify。
一种旋转型弹性驱动器设计及动力学性能仿真分析
2023年第47卷第5期Journal of Mechanical Transmission一种旋转型弹性驱动器设计及动力学性能仿真分析王才东1王翊臣1朱建新2胡亚凯2刘晓丽1董祥升1王新杰1（1 郑州轻工业大学机电工程学院，河南郑州450001）（2 河南中烟工业有限责任公司安阳卷烟厂，河南安阳455000）摘要为提高柔性机器人的运动性能，设计了一种基于弧形螺旋弹簧的旋转型串联弹性驱动器，采用多级回转轴承组合结构，将刚度不同的弹簧内外双层串联，实现关节的大范围柔性输出。
建立弹性驱动器动力学模型，采用反演控制方法，设计了弹性驱动器柔性关节控制器；采用Matlab和Adams软件进行联合仿真，对外力干扰下柔性关节的动力学性能进行了仿真分析。
结果表明，控制器能够克服干扰力使柔性关节在0.59 s内恢复平衡状态，验证了所设计弹性驱动器结构和控制规律的有效性。
关键词柔性机器人弹性驱动器动力学性能反演控制Design and Dynamics Performance Simulation Analysis of a New Series Elastic Actuator Wang Caidong1Wang Yichen1Zhu Jianxin2Hu Yakai2Liu Xiaoli1Dong Xiangsheng1Wang Xinjie1(1 College of Mechanical and Electrical Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450001, China)(2 Anyang cigarette factory, China Tobacco Henan Industrial Co., Ltd., Anyang 455000, China)Abstract In order to improve the motion performance of compliant robots, a rotary series elastic actuator (SEA) based on arc helical springs is designed. The proposed SEA can be used to provide a wide range of flexible torsion by the combination of multi-stage rotary structures. The inner and outer double layers of springs with different stiffness are connected in series. The dynamic model of the flexible joint with the proposed SEA is established. The control law for the flexible joint is derived by the backstepping algorithm. To validate the effectiveness of the proposed SEA and the control law, the dynamic performance of the flexible joint with interference torques is simulated by Matlab and Adams. The results show that the controller can overcome the interference force and restore the balance state of the flexible joint within 0.59 s，which verifies the effectiveness of the designed elastic actuator structure and control law.Key words Compliant robot Series elastic actuator Dynamics performance Backstepping control0 引言目前，机器人广泛应用于工业、医疗以及服务业等领域，在人机协作工况下，对机器人的柔顺性、抗冲击能力、人机交互的安全性提出了更高要求[1]。
37-弹簧-高质量-阻尼器系统建模与频率特性分析报告
学号：27微机原理及接口技术课程设计题目弓单簧-质星-阻尼器系统建模与频率分析学院自动化学院专业电气工程及其自动化电气1206黄思琪指导教师洁2015 年1 月14 B课程设计任务书学生：黄思琪专业班级:电气1206 __________________题目：弹簧•质量■阻尼器系统建模与仿真初始条件 :已知机械系统如图。
指导教师：浩工作单位: 动化学院要求主成的主要任务：(包括课程囱十工作呈及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求)⑴ 推导传递函数W)/X(s) , X(s)/P(s),(2 )给定m = O.2g,b2=0.6N •s/m,k l =SN/m t k2 = 5NIm ,以p 为输入“(/)(3 )用Matlab画出开环系统的波特图和奈奎斯特图，并用奈奎斯特判据分析系统的稳定性。
(4)求出开环系统的截止频率、相角裕度和幅值裕度。
(5 )对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须进行原理分析，写清楚分析计算的过程及其比较分析的结果，并包含Matlab源程序或Simulink仿真模型,说明书的格式按照教务处标准书写。
时间安排:指导教师签名:系主任（或责任教师）签名:1设计任务及要求分析 (1)1.1初始条件11.2要求完成的任务11.3任务分析22系统分析及传递函数求解 (2)2.1系统受力分析 (2)2.2传递函数求解 (3)2.3系统开环传递函数的求解 (3)3用MATLAB对系统作开环频域分析 (4)3.1开环系统波特图 (4)3.2开环系统奈奎斯特图及稳定性判断 (6)4系统开环频率持性各项扌歸的计算 (8)总结 (11)参考文献 (12)本科生课程设计成绩评定表弹簧-质量邛且尼器系统建模与频率特性分析1设计任务及要求分析1.1初始条件已知机械系统如图。
人yI P k图1.1机械系统图1.2要求完成的任务(1 )推导传递函数｝WXG) , X(s)/P(f),(2 )给定in = 0.2g,b2=06N • s f in,k\ = SN/m,k2 =5N/m ,以p 为输入“(f)(3 )用Matlab画出开环系统的波特图和奈奎斯特图，并用奈奎斯特判据分析系统的稳定性。
带有机械能耗弹簧阻尼器的重力梯度稳定航天器的姿态动力学建模
带有机械能耗弹簧阻尼器的重力梯度稳定航天器的姿态动力学建模设O b x b y b z b 为星本体的惯性主轴坐标系，圆管的曲率半径为R ，固连于y b z b 平面内；将阻尼块D 视为一个质点。
设Oxyz 为整个卫星的系统质心坐标系，O 为系统质心，其三个坐标轴的方向与O b x b y b z b 的坐标轴方向一致。
如图所示：当阻尼块D 沿圆管移动时，系统质心在星本体的y b z b 平面内移动，其在O b x b y b z b 系下的坐标分量列阵为0l μμη⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦其中，/()d b d m m m μ=+。
设星本体质心O b 和阻尼块D 在系统质心坐标系Oxyz 中的位置矢量分别为r b 及r d ，则有(1)(1)b d l l μμημμη=−−=−+−r i j r i j(1)由第2章的式(2-44)，可得到整个系统关于系统质心O 的视角动量OH 为O b b b b d d d m m =⋅+⨯+⨯H ωr r r r I(2)式中，b I 为星本体关于自身质心的惯性并矢，ω为星体本体坐标系O b x b y b z b 相对惯性空间的角速度矢量。
由5.2节，假设在标称位置附近满足小角度假设，则有000ϕωψωθωψωϕ−⎡⎤⎢⎥≈−⎢⎥⎢⎥+⎣⎦(3)对于小偏心率轨道，轨道角速度0ω和地心距R 的近似式如下0(12cos )(1cos )p p n e nt R a e nt ωϑ=≅+≅− (4)式中，a为轨道半长轴，n =t p 是从近拱点算起的时间。
根据欧拉方程，在外力矩仅为重力梯度力矩时，有O b b b d d d g m m =⋅+⨯⋅+⨯+⨯=H ωωωr r r r T I I亦即5131O d d d m R μμ⎛⎫=⋅+⨯⋅+⨯=⨯⋅ ⎪−⎝⎭H ωωωr r R R I I I (5)根据相对加速度公式，有222()2()s d s dd d d d d d d dt dtηη+⨯+⨯+⨯⨯=+⨯+⨯+⨯⨯r r r =r r r r ωωωωωωωω (6)阻尼块D 在圆管内做有阻尼自由振动，其振动微分方程为d d d d m r C k F ηη++=(7)从而Oy 方向的分量式为2()0d d d d m C k m l n ηηηψψ++++=(8)将(5-3)与(5)式相比较可知，需在(5-3)的基础上加入星本体和阻尼块相对质心的视角动量，即333131d d d I I m r r C IC R μωωωμ⨯⨯⨯⎛⎫++= ⎪−⎝⎭(9)假设航天器在平衡点附近进行扰动运动时，η亦为小量。
控制系统仿真与cad课程设计二阶弹簧—阻尼系统的pid控制器设计及其参数整定)
设计一：二阶弹簧—阻尼系统的P I D 控制器设计及其参数整定一设计题目考虑弹簧－阻尼系统如图1所示，其被控对象为二阶环节，传递函数G(S)如下，参数为M=1kg ，b=2N.s/m ，k=25N/m ，F （S ）=1。
图1 弹簧－阻尼系统示意图弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为：F kx x b xM =++ 25211)()()(22++=++==s s k bs Ms s F s X s G二设计要求1. 控制器为P 控制器时，改变比例系数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。
2. 控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。
(例如当kp=50时，改变积分时间常数)3. 设计PID 控制器，选定合适的控制器参数，使闭环系统阶跃响应曲线的超调量σ%<20%，过渡过程时间Ts<2s, 并绘制相应曲线。
图2 闭环控制系统结构图三设计内容1. 控制器为P 控制器时，改变比例系数p k 大小P 控制器的传递函数为：()P P G s K ，改变比例系数p k 大小，得到系统的阶跃响应曲线00.20.40.60.811.21.4Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e仿真结果表明：随着Kp 值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。
Kp 偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。
随着Kp 增大，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大Kp 只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。
程序：num=[1]; den=[1 2 25]; sys=tf(num,den); for Kp=[1,10:20:50] y=feedback(Kp*sys,1); step(y); hold ongtext(num2str(Kp)); end2. 控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数i T 大小（50=pK 为定值）PI 控制器的传递函数为： 11()PI P I G s K T s=+⋅ ，改变积分时间常数i T 大小，得到系统的阶跃响应曲线0.20.40.60.811.21.4S tep R esponseT i m e (sec)A m p l i t u d e仿真结果表明：Kp=50，随着Ti 值的加大，系统的超调量减小，系统响应速度略微变慢。
弹簧阻尼系统动力学模型ams仿真
弹簧阻尼系统动力学模型a m s仿真公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]震源车系统动力学模型分析报告一、项目要求1）独立完成1个应用Adams 软件进行机械系统静力、运动、动力学分析问题，并完成一份分析报告。
分析报告中要对所计算的问题和建模过程做简要分析，以图表形式分析计算结果。
2）上交分析报告和Adams 的命令文件，命令文件要求清楚、简洁。
1K 1C 2K 2C 3C 3K 3M 1M 2M二、建立模型1）启动admas ，新建模型，设置工作环境。
对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。
在ADAMS/View 菜单栏中，选择设置（Setting ）下拉菜单中的工作网格（Working Grid ）命令。
系统弹出设置工作网格对话框，将网格的尺寸(Size)中的X 和Y 分别设置成750mm 和500mm ，间距（Spacing ）中的X 和Y 都设置成50mm 。
然后点击“OK ”确定。
如图2-1所表示。
图 2-1 设置工作网格对话框2）在ADAMS/View零件库中选择矩形图标，参数选择为“on Ground”，长度（Length）选择40cm高度Height为1.0cm，宽度Depth为30.0cm，建立系统的平台，如图2-2所示。
以同样的方法，选择参数“New Part”建立part-2、part-3、part-4，得到图形如2-3所示，图 2-2 图 2-3创建模型平台3）施加弹簧拉力阻尼器，选择图标，根据需要输入弹簧的刚度系数K和粘滞阻尼系数C，选择弹簧作用的两个构件即可，施加后的结果如图2-4图 2-4 创建弹簧阻尼器4）添加约束，选择棱柱副图标，根据需要选择要添加约束的构件，添加约束后的模型如2-5所示。
图2-5 添加约束至此模型创建完成三、模型仿真1)、在无阻尼状态下，系统仅受重力作用自由振动，将最下层弹簧的刚度系数K设置为10，上层两个弹簧刚度系数均设置为3，小物块的支撑弹簧的刚度系数为4，阻尼均为0，进行仿真，点击图标，设置End Time为，StepSize为，Steps为50，点击图标，开始仿真对所得数据进行分析。
弹簧-质量-阻尼系统的建模及控制系统设计说明书
分数: ___________任课教师签字：___________华北电力大学研究生结课作业学年学期：第一学年第一学期课程名称：线性系统理论学生姓名：学号：提交时间：2014.11.27目录1 研究背景及意义 (3)2 弹簧-质量-阻尼模型 (3)2.1 系统的建立 (3)2.1.1 系统传递函数的计算 (5)2.2 系统的能控能观性分析 (7)2.2.1 系统能控性分析 (8)2.2.2 系统能观性分析 (9)2.3 系统的稳定性分析 (10)2.3.1 反馈控制理论中的稳定性分析方法 (10)2.3.2 利用Matlab分析系统稳定性 (10)2.3.3 Simulink仿真结果 (12)2.4 系统的极点配置 (15)2.4.1 状态反馈法 (15)2.4.2 输出反馈法 (16)2.4.2 系统极点配置 (16)2.5系统的状态观测器 (18)2.6 利用离散的方法研究系统的特性 (20)2.6.1 离散化定义和方法 (20)2.6.2 零阶保持器 (21)2.6.3 一阶保持器 (24)2.6.4 双线性变换法 (26)3.总结 (28)4.参考文献 (28)弹簧-质量-阻尼系统的建模与控制系统设计1 研究背景及意义弹簧、阻尼器、质量块是组成机械系统的理想元件。
由它们组成的弹簧-质量-阻尼系统是最常见的机械振动系统，在生活中具有相当广泛的用途，缓冲器就是其中的一种。
缓冲装置是吸收和耗散过程产生能量的主要部件，其吸收耗散能量的能力大小直接关系到系统的安全与稳定。
缓冲器在生活中处处可见，例如我们的汽车减震装置和用来消耗碰撞能量的缓冲器，其缓冲系统的性能直接影响着汽车的稳定与驾驶员安全；另外，天宫一号在太空实现交会对接时缓冲系统的稳定与否直接影响着交会对接的成功。
因此，对弹簧-质量-阻尼系统的研究有着非常深的现实意义。
2 弹簧-质量-阻尼模型数学模型是定量地描述系统的动态特性，揭示系统的结构、参数与动态特性之间关系的数学表达式。
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弹簧阻尼系统动力学模
型a m s仿真
WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
震源车系统动力学模型分析报告
一、项目要求
1）独立完成1个应用Adams软件进行机械系统静力、运动、动力学分析问题，并完成一份分析报告。
分析报告中要对所计算的问题和建模过程做简要分析，以图表形式分析计算结果。
2）上交分析报告和Adams的命令文件，命令文件要求清楚、简洁。
二、建立模型
1）启动admas，新建模型，设置工作环境。
对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。
在ADAMS/View 菜单栏中，选择设置（Setting）下拉菜单中的工作网格（Working Grid）命令。
系统弹出设置工作网格对话框，将网格的尺寸(Size)中的X和Y分别设置成750mm和500mm，间距（Spacing）中的X和Y都设置成50mm。
然后点击“OK”确定。
如图2-1所表示。
图 2-1 设置工作网格对话框
2）在ADAMS/View零件库中选择矩形图标，参数选择为“on Ground”，长度（Length）选择40cm高度Height为1.0cm，宽度Depth为30.0cm，建立系统的平台，如图2-2所示。
以同样的方法，选择参数“New Part”建立part-2、part-3、part-4，得到图形如2-3所示，
图 2-2 图 2-3创建模型平台
3）施加弹簧拉力阻尼器，选择图标，根据需要输入弹簧的刚度系数K和粘滞阻尼系数C，选择弹簧作用的两个构件即可，施加后的结果如图2-4
图 2-4 创建弹簧阻尼器
4）添加约束，选择棱柱副图标，根据需要选择要添加约束的构件，添加约束后的模型如2-5所示。
图2-5 添加约束
至此模型创建完成
三、模型仿真
1)、在无阻尼状态下，系统仅受重力作用自由振动，将最下层弹簧的刚度系数K设置为10，上层两个弹簧刚度系数均设置为3，小物块的支撑弹簧的刚
度系数为4，阻尼均为0，进行仿真，点击图标，设置End Time为，Step Size为，Steps为50，点击图标，开始仿真对所得数据进行分析。
选择物块的位移、速度、加速度与时间的图像如图3-1、3-2、3-3所示，经过傅里叶变换之后我们可以清楚地看到系统的各阶固有频率。
图3-1位移与时间图像以及FFT变换图像
图3-2速度与时间图像以及FFT变换图像
图3-3加速度与时间图像以及FFT变换图像
通过傅里叶变换，从图中可以看出系统为三阶系统，表现出三阶的固有频率，通过测量得到w1=，w2=，w3=.。
2）为了更进一步验证系统的各阶固有频率，我们给系统施加一定频率的正弦激振力，使系统做受迫振动，观察系统的振动情况，
（a）F1=50*sin(2**w1*time)时，物块振动的速度与时间的图像如3-4所示。
图3-4 F1作用下速度与时间图像以及FFT变换图像
在F1的作用下，此时振动的幅值A1=，由于激振力的频率等于系统一阶固有频率，系统在一阶固有频率处发生共振，与无阻尼状态下自由振动时物块振动速度（3-2）相比较，振动明显加强，
（b）F2=50*sin(2**w2*time)时，物块振动的速度与时间的图像如3-5所示。
图3-5 F2作用下速度与时间图像以及FFT变换图像
在F2的作用下，此时系统在W2的幅值A2=，由于激振力的频率等于系统二阶固有频率，系统在二阶固有频率处发生共振，振动明显加强，（c）F3=50*sin(2**w3*time)时，物块振动的速度与时间的图像如3-6所示。
图3-6 F3作用下速度与时间图像以及FFT变换图像
在F3的作用下，由于激振力的频率等于系统三阶固有频率，系统在三阶固有频率处发生共振，与自由振动相比较振动明显加强，
（d） F4=50*sin(2**w3*time)时物块振动的速度与时间的图像如3-7所示
图3-7 F4作用下速度与时间图像以及FFT变换图像
当激振力的频率与系统固有频率相差很远时，系统不会发生共振现象，在系统的各阶固有频率处振动都不会加强。